Protaktinium

Protaktinium
←  Thorium | Uran  →
91 Pr ↑ Pa ↓ (Uqp) 91 Pa _
Vzhled jednoduché látky
Krystaly kovového protaktinia pěstované chemickým transportem
Vlastnosti atomu
Jméno, symbol, číslo	Protaktinium / Protaktinium (Pa), 91
Skupina , období , blok	3 (zastaralé 3), 7, f-prvek
atomová hmotnost ( molární hmotnost )	231.03588(2) [1]  a. e. m.  ( g / mol )
Elektronická konfigurace	[Rn] 5f 2 6d 1 7s 2
Poloměr atomu	161 hodin
Chemické vlastnosti
Poloměr iontů	(+5e) 89 (+3e) 113  hodin
Elektronegativita	1,5 (Paulingova stupnice)
Elektrodový potenciál	Čt←Čt 4+ -1,83V Čt←Čt 2+ 0,7V
Oxidační stavy	+2, +3, +4, +5
Ionizační energie (první elektron)	568 (5,89)  kJ / mol  ( eV )
Termodynamické vlastnosti jednoduché látky
Hustota (v n.a. )	15,37 g/cm³
Teplota tání	2113K (1840  ° C )
Teplota varu	4300K ​​(4027  ° C )
Oud. teplo tání	16,7 kJ/mol
Oud. výparné teplo	481,2 kJ/mol
Molární tepelná kapacita	27,7 [2]  J/(K mol)
Molární objem	15,0 (22 kg 602 g)  cm³ / mol
Krystalová mřížka jednoduché látky
Příhradová konstrukce	čtyřúhelníkový
Parametry mřížky	a=3,925 c=3,238 [3]
poměr c / a	0,82
Číslo CAS	7440-13-3

Protaktinium ( chemická značka  - Pa , z lat.  Protactinium , zastaralý název - protoactinium ) - chemický prvek 3. skupiny (podle zastaralé klasifikace  - vedlejší podskupina třetí skupiny, IIIB) sedmého období periodického systému . chemických prvků D. I. Mendělejeva s atomovým číslem 91.

Patří do rodiny aktinidů .

Jednoduchá látka protaktinium  je hustý radioaktivní kov světle šedé barvy .

Historie

V roce 1913 Casimir Fajans a Oswald Helmut Goering objevili izotop UX 2 ( 234 Pa) v produktech rozpadu uranu s poločasem rozpadu asi 1 minutu. a pojmenoval prvek " breve " (z latinského  brevis  - "krátký" nebo "krátký") kvůli krátkému poločasu rozpadu určitého studovaného izotopu, to je protaktinium-234 ( 234 Pa). Stabilnější izotop protaktinia ( 231 Pa) byl objeven v letech 1917/18 Otto Hahnem a Lise Meitnerovou . Zvolili název „ proto-actinium “ (proto-actinium), ale v roce 1949 jej IUPAC nakonec pojmenoval „protaktinium“ a potvrdil, že objeviteli byli Hahn a Meitner. Nový název znamenal „(jaderný) prekurzor [4] aktinia“ a odrážel, že aktinium je produktem radioaktivního rozpadu protaktinia. John Arnold Cranston, který pracoval s Frederickem Soddym a Adou Hitchinsovou, je také připočítán k objevu nejstabilnějšího izotopu v roce 1915, ale otálel s oznámením kvůli povolání do první světové války [5] .

Black, Hahn a Meitner pak zjistili, že UX 2 má podobné vlastnosti jako tantal . V roce 1918 Hahn a Meitner v uranové smůle a nezávisle Soddy a Cranston objevili dlouhotrvající izotop protaktinia, pojmenovaný tak, protože to byl předchůdce aktinia .

Být v přírodě

Vklady

Protaktinium je součástí uranových rud, které se nacházejí v USA , Švédsku , Kongu , Španělsku , České republice , Jižní Africe , Rusku , Kanadě , Maroku .

Původ jména

Protože protaktinium slouží jako předchůdce aktinia ( 227 Ac se tvoří během α-rozpadu 231 Pa ), dostalo své moderní jméno.

Fyzikální vlastnosti

Kompletní elektronová konfigurace atomu protaktinia je: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4d 10 5p 6 6s 2 4f 14 5d 7 s 10 6p 2 6 1 5f 2

Protaktinium je pevný radioaktivní světle šedý kov, který se svou tvrdostí blíží uranu. Při teplotě 2 K má supravodivost .

Kovové protaktinium krystalizuje v tetragonálním systému . Při 1170 °C dochází k kubické modifikaci zaměřené na tělo.

Chemické vlastnosti

Protaktinium je hustý, stříbrošedý aktinoidní kov , který snadno reaguje s kyslíkem , vodní párou a anorganickými kyselinami . Tvoří různé chemické sloučeniny , ve kterých je protaktinium obvykle přítomno v oxidačním stavu +5, ale může být i v oxidačním stavu +4 a dokonce +3 a +2. Koncentrace protaktinia v zemské kůře jsou typicky několik dílů na bilion , ale v některých ložiscích uraninitové rudy mohou být koncentrace až několik dílů na milion.

Protaktinium ve vzduchu je obvykle pokryto tenkým filmem oxidu monoxidu. Snadno reaguje s vodíkem při 250-300 °C za vzniku hydridu PaH3 . S jódem tvoří těkavé jodidy složitého složení.

Izotopy

Nejdéle žijící a nejhojnější (téměř 100 %) přirozeně se vyskytující izotop protaktinia, protaktinium-231, má poločas rozpadu 32 760 let a je produktem rozpadu uranu-235 . Mnohem menší stopová množství krátkotrvajícího protaktinia-234 a jeho jaderného izomeru protaktinia-234m se vyskytují v rozpadovém řetězci uranu-238 . Protaktinium-233 je výsledkem rozpadu thoria - 233; tento rozpad se používá k výrobě uranu-233 neutronovým ozařováním thoria-232. Je nežádoucím meziproduktem v jaderných reaktorech na bázi thoria, a proto je odstraňován z aktivní zóny reaktoru během procesu šlechtění. Analýza relativních koncentrací různých izotopů uranu , thoria a protaktinia ve vodě a minerálech se využívá při radioizotopovém datování sedimentů starých až 175 000 let a při modelování různých geologických procesů.

Radioaktivní vlastnosti některých izotopů protaktinia:

Získání

Z přírodních zdrojů - zbytků ze zpracování uranové smoly - lze získat pouze 231 Pa. Kromě toho lze 231 Pa získat ozařováním 230 Th pomalými neutrony:

230 Th(n, γ) 231 Th (β − rozpad, T 1/2 = 25,6 h) → 231 Pa

nebo při ozáření 232 Th rychlými neutrony podle reakce

232 Th(n, 2n) 231 Th (β − rozpad, T 1/2 = 25,6 h) → 231 Pa

Izotop 233 Pa se také získává z thoria:

232 Th(n, γ) 233 Th (β − rozpad, T 1/2 = 23,5 min.) → 233 Pa

Kovové protaktinium se získává redukcí PaF 4 parou barya nebo vápníku při 1400–1500 °C.

Aplikace

Vzhledem k nedostatku protaktinia, jeho vysoké radioaktivitě a radiotoxicitě v současné době nenachází využití mimo vědecký výzkum a pro tento účel se získává především z vyhořelého jaderného paliva. Používá se jako přísada do paliva uran.

Radioaktivní rozpad přebytečné aktivity dceřiných radionuklidů 230 Th a 231 Pa nad mateřskými izotopy uranu v sedimentační koloně se využívá ke stanovení stáří dnových sedimentů [6] .

Biologická role a rysy experimentální práce

MPC pro 231 Pa ve vzduchu pracovních prostor je 5,6⋅10 −4 Bq/m³ [7] . V Německu 3⋅10 -4  Bq/m 3 . [osm]

Veškerá práce s 231 Pa je povolena pouze v zapečetěném odkládacím boxu. V lidském těle má tendenci se hromadit v ledvinách, játrech a kostech.

Toxicita

Protaktinium má v závislosti na izotopovém složení střední, vysokou a velmi vysokou radiotoxicitu [9] . Kromě okamžité toxicity je protaktinium radioaktivní a při rozpadu emituje částice alfa s energií 5 MeV. Jsou účinně zadržovány tenkou vrstvou jakékoli látky, včetně pokožky, proto nepředstavují významné zdravotní riziko. Při požití však ²³¹Pa způsobuje tělu značné poškození, především kvůli štěpným produktům.

Faktem je, že samotné 231 Pa má dlouhý poločas rozpadu (33 tun), což znamená nízkou radioaktivitu: pouze 0,048 Ci / g. Produkty jeho rozpadu jsou také nestabilní izotopy, většinou krátkodobé, což znamená, že jsou vysoce radioaktivní. Po vyslání částice alfa se atom protaktinia-231 změní na 227 Ac, ( t 1⁄2 = 22 let, aktivita 73 Ci / g.) To zase na 227 Th ( t 1⁄2 = 19 dní, aktivita 31 000 Ci / g.) Hlavní produkty štěpného řetězce jsou shrnuty v tabulce:

Je snadné vidět, že celková radioaktivita všech účastníků tohoto řetězce je prostě obrovská.

Protaktinium se nachází ve stopovém množství ve většině přírodních produktů. Do těla se dostává s jídlem, vodou, vdechováním se vzduchem. Z gastrointestinálního traktu se do krve vstřebá pouze 0,05 %. 40 % látky, která se dostává do systémového oběhu, se ukládá v kostech, 15 % v játrech, 2 % v ledvinách. Zbytek se vylučuje stolicí a močí.

Poločas rozpadu je pro různé tkáně velmi odlišný: u kostí je to 50 let. V ostatních orgánech je kinetika složitá, podmíněně lze rozlišit rychlou a pomalou složku. Takže 70 % protaktinia, které se dostalo do jater, má T 1/2 = 10 dní, pro zbývajících 30 % - 60 dní. V ledvinách 20 % ( T 1/2 = 10 dní) a 80 % (60 dní).

V těchto orgánech se vlivem radioaktivity podílí protaktinium na vzniku onkologických onemocnění. [10] [8]

Maximální bezpečné množství protaktinia při vstupu do lidského těla je 0,03 μCi (1,1 kBq), což odpovídá 0,5 μg [11] .

Všudypřítomné tvrzení „Protaktinium je 250 milionkrát toxičtější než kyselina kyanovodíková“ je zjevně klam [12].

Poznámky

1. ↑ Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg , Glenda O'Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang-Kun Zhu. Atomové hmotnosti prvků 2011 (IUPAC Technical Report  )  // Pure and Applied Chemistry . - 2013. - Sv. 85 , č. 5 . - S. 1047-1078 . - doi : 10.1351/PAC-REP-13-03-02 .
2. ↑ Redakce: Zefirov N. S. (šéfredaktor). Chemická encyklopedie: v 5 svazcích - Moskva: Sovětská encyklopedie, 1995. - T. 4. - S. 111. - 639 s. — 20 000 výtisků.  - ISBN 5-85270-039-8.
3. ↑ WebElements Periodická tabulka prvků | Protaktinium | krystalové struktury . Datum přístupu: 10. srpna 2010. Archivováno z originálu 22. července 2010. (neurčitý)
4. ↑ Protaktinium archivováno 29. července 2020 na Wayback Machine // hpschapters.org
5. ↑ John Arnold Cranston archivován 11. března 2020 na Wayback Machine // University of Glasgow
6. ↑ Kuznetsov V.Yu., Arslanov Kh.A. , Kozlov V.B., Maksimov F.E., Savelyeva L.A., Chernov S.B., Baranova N.G. Archivní kopie ze dne 26. ledna 2021 na Wayback of St. Univerzita, č. 2 / 2003
7. ↑ Chemická encyklopedie / Redakční rada: Knunyants I.L. a další - M. : Sovětská encyklopedie, 1995. - T. 4. - 639 s. — ISBN 5-82270-092-4 .
8. ↑ 1 2 R. Grossmann, H. J. Maier, J. Szerypo, H. U. Friebel. Příprava cílů 231Pa  //  Jaderné přístroje a metody ve fyzikálním výzkumu Sekce A: Urychlovače, spektrometry, detektory a přidružená zařízení. — 2008-06. — Sv. 590 , iss. 1-3 . — S. 122–125 . - doi : 10.1016/j.nima.2008.02.084 . Archivováno z originálu 15. června 2020.
9. ↑ Škodlivé chemikálie. Radioaktivní látky: Ref. vyd. / V.A. Baženov, L. A. Buldakov, I. Ja. Vasilenko a další; Pod. vyd. V. A. Filová a další.- L .  : Chemie, 1990. - S. 35, 181. - ISBN 5-7245-0216-X .
10. ↑ Národní laboratoř Argonne. Informační list o lidském zdraví, srpen 2005  (anglicky) (7. března 2008).
11. ↑ Palshin E.S., Myasoedov B.F., Davydov A.V. Analytická chemie protaktinia. - M . : Nakladatelství "Nauka", 1968. - S. 15. - 240 s. — (Analytická chemie prvků). - 2200 výtisků.
12. ↑ Diskuze: Protaktinium#Chyba ve zdroji ACP

Odkazy

• Protaktinium na Webelements
• Protaktinium v ​​Populární knihovně chemických prvků

Slovníky a encyklopedie	Velká dánština Velká Katalánština Skvělý norský Velký Rus Britannica (online) Treccani Universalis
V bibliografických katalozích	GND : 4175981-3 J9U : 987007541390005171 LCCN : sh85107634